Земля на трёх китах

Annotation
Вопрос о том, на чем держится Земля человек задавал себе с самых древних времен.
Этотвопросвозникаетсовершенноестественно,таккаквнашейжизнимывсюдупривыкли
видеть, что каждый предмет обязательно должен иметь какую-то поддержку. Всё
окружающеенас,втомчислеивоздух,опирается,давитнаЗемлю.Земляявляетсяопорой
всего,чтонанейнаходится.НоначемдержитсясамаЗемля?Почемуонаникуданепадает?
Обэтомирассказываетсявданнойкнижке.
КириллФёдоровичОгородников
1.Земля—прочнаяопора
2.«Землянатрёхкитах»
3.Чтозначитслово«вниз»?
4.Можнолипадатьтак,чтобыникогданеупасть?
5.Луна,какпушечноеядро
6.НачёмжедержитсяЗемля?
Заключение
КириллФёдоровичОгородников
НачёмЗемлядержится
1.Земля—прочнаяопора
Вопрос о том, на чём держится Земля, человек задавал себе с самых древнейших
времён.Этотвопросвозникаетсовершенноестественно,таккаквнашейжизнимывсюду
привыкливидеть,чтокаждыйпредметдолженобязательноиметькакую-нибудьподдержку,
иначе он упадёт вниз, на землю. Корабль, плывущий в море, поддерживается снизу водой.
Птица и самолёт также не лишены опоры: их поддерживает снизу воздух, на который они
опираютсясвоимикрыльями.
АначёмдержитсяморскаяводаиокружающийЗемлювоздух?
Очевидно, что их снизу тоже поддерживает Земля. То, что воду поддерживает снизу
морское дно, ясно каждому. Но что касается воздуха, то это на первый взгляд не столь
очевидно.Всамомделе,нуждаетсяливоздухвкакой-либоопоре?Да,конечно,потомучто
воздух имеет вес, так же, как и все другие тела, и давит на земную поверхность с очень
большой силой. Убедиться в этом можно, например, следующим способом: возьмём
длинную стеклянную трубку с поперечным сечением в один квадратный сантиметр,
согнутуюввидеподковы(см.рис.1);поставимеёконцамивверхинальёмвнеёртуть(ртуть
— самая тяжёлая жидкость, она почти в 14 раз тяжелее воды). Пока оба конца трубки
остаются открытыми, ртуть будет стоять в них на одинаковой высоте (левая часть рис. 1).
Давление воздуха на поверхность ртути в обоих концах трубки одинаково. Начнём теперь
при помощи воздушного насоса откачивать воздух из одного конца трубки; при этом мы
сразу же заметим, что ртуть в этом конце начнёт подниматься. Если полностью откачать
воздухизэтогоконцаизатемзапаятьегоилизакрытькраном,тоуровеньртутивнёмбудет
выше уровня в открытом конце примерно на 76 сантиметров (правая часть рис. 1).
Объяснитьэтоможнотолькоодним:нартутьвоткрытомконцетрубкидавитсверхувоздух,
авзакрытом—нет,таккаквесьвоздухмыизнегоудалили.Давлениевоздухаибудеткак
разравновесутогостолбикартути,накоторыйповысилсяуровеньртутивзапаянномконце
трубки. Этот вес нетрудно вычислить. Если поперечное сечение трубки равно одному
квадратному сантиметру, то вес столбика ртути высотою в 76 сантиметров равняется 1
килограмму и 33 граммам. Отсюда, между прочим, видно, почему для нашего опыта
неудобнобылобывзятьводу.Водаслишкомлёгкая,идлятого,чтобыуравновеситьдавление
воздуха,пришлосьбывысотустолбикаподнятьна10метров33сантиметра,чторавняется
высотетрёхэтажногодома.
Рис.1.Трубкасртутью.Слева—обаконцатрубкиоткрыты.Справа—водномконце
трубкивыкачанвоздухиконецэтотзаплавлен.
Итак,вывидите,чтодавлениевоздухаравновесустолбаводывысотойв10метров33
сантиметра. Другими словами, можно сказать, что 1 килограмм 33 грамма есть давление
воздуханакаждыйквадратныйсантиметрповерхностиЗемли.
Между прочим, такие изогнутые трубки с налитой в них ртутью применяются в
приборах, служащих для измерения давления воздуха. Эти приборы носят название
барометров.
Итак, всё окружающее нас, в том числе и воздух, опирается, давит на Землю. Земля
являетсяопоройвсего,чтонанейнаходится.Ведьиптица,летящаяввоздухе,тожевконце
концовопираетсянаЗемлю,таккаконаопираетсянавоздух,авоздухопираетсянаЗемлю.
Но на чём же держится сама Земля? Почему она никуда не падает? Вот об этом мы и
расскажемвнашейкнижке.
Вы увидите, что этот вопрос не такой простой. Много веков люди не могли найти на
него правильного научного ответа. Этим пользовались служители религиозных культов.
Стараясь держать народ в страхе перед силами богов, они придумывали объяснения
интересующею нас вопроса при помощи сверхъестественных сил. В действительности,
однако, в природе нет ничего сверхъестественного. Вы увидите, что и на вопрос «на чём
землядержится?»наукадаётответ,неприбегаякразногородасказкамивыдумкам.
2.«Землянатрёхкитах»
Внашевремязнают,чтоЗемлявращаетсявокругСолнцаивокругсвоейоси,нораньше
люди считали, что она неподвижна. Следовательно, думали они, у Земли также должна
иметьсякакая-нибудьопора.
Однаконикакихсведенийобэтойопореулюдейнебыло,ипоэтомуонивыдумывали
различные небылицы. То наши предки воображали, что Земля покоится на спинах трёх
большихкитов,которыеплаваютнаповерхностиогромногоокеана(рис.2),то(какдревние
индусы, например) считали, что Земля покоится на четырёх слонах (рис. 3), а ещё более
древнийнарод—вавилоняне—думал,чтоЗемлясамаплаваетнаповерхностиокеана.
Рис.2.Многиенашипредкидумали,чтоЗемлядержитсянатрёхкитах,плавающихв
океане(древнийрисунок).
Рис. 3. Так изображали Землю древние индусы. Земля держится на четырёх слонах,
которыестоятнаспинеплавающейчерепахи.
Для современного человека ясно, что подобные взгляды представляют собой лишь
суеверие, веру в сверхъестественные силы. В самом деле, разве могут существовать такие
громадныекитыилислоны,которые,посказкам,держатнасебенашуЗемлю?Известно,что
все животные должны питаться и размножаться. Кроме того, ни одно животное не живёт
большенесколькихсотлет,оностареетиумирает.Мынеговоримужеотом,чтоникакие
животные не в состоянии выдержать на себе не только тяжести всей Земли, но даже
тяжестинебольшойгоры.Такимобразом,утверждать,чтоЗемлядержитсянакитах,слонах
иликакихугоднодругихживотных—этовсёравно,чтоверитьвсверхъестественныесилы.
А верить в сверхъестественные силы — значит не верить в науку, которая строит все свои
выводы на точном расчёте, основанном на опыте, практике и потому не оставляет места
никакимсуевериям,никакимсверхъестественнымсилам.Нокакможноневеритьвнауку,
когда всё развитие техники и человеческой культуры основывается исключительно на
данных науки! Не развивай человек науку, не было бы у нас ни железных дорог, ни
автомашин, ни самолётов, не было бы никакой техники, и люди продолжали бы жить в
полудикомсостояниивлесахипещерах,какжилинашиотдалённыепредки.
Мысль вавилонян о том, что Земля плавает на поверхности океана, подобно куску
дерева,также,конечно,ошибочна.ВедьЗемляслишкомтяжеладлятого,чтобыплаватьна
воде.Крометого,еслибыдажеонаисмоглаплаватьвкаком-тоокеане,товодаэтогоокеана
тожедолжнабылабыначём-нибудьдержаться.Вавилонскиемудрецынеподумалиобэтом.
Этопоказывает,чторазвитиелюдейвтовремябылогораздониже,чемтеперь.
Правда, мы должны здесь сказать, что уже в древней Греции, благодаря довольно
высокому развитию астрономии и геометрии, учёные пришли к мысли о шарообразности
Землиивычислилипримернуюдлинуеёокружности.УчёныйАристархза250летдонашей
эрывысказалпредположениеовращенииЗемливокругСолнца,—вопрекипринятомутогда
мнению, что Земля — центр Вселенной. Но его учение не получило поддержки, а сам он
былобвинёнвбезбожии.
Историязнаеточеньмноготакихпримеров,когдапередовыемыслителиподвергались
жестокимгонениямсостороныцеркви.Ведьцерковьвсегдастояланаслужбеугнетателей,а
имбыловыгодносохранениесуществовавшихпорядковисуществовавшегомировоззрения.
В мрачную пору средневековья церковь пользовалась огромной властью.
Невежественные попы и монахи, в руках которых находилось дело образования,
проповедовали под видом науки всяческие нелепости. Утверждали, например, что
существует«крайземли»,гдевозвышаетсяхрустальныйкупол,накрывающийвсюземлю:за
этим куполом живёт бог и расположены машины, приводящие в движение Солнце и
планеты.
Рассказамио«чудесах»,которыеякобысвидетельствуюто«всемогуществеимудрости
божией», попы и монахи пытались держать народ в темноте и повиновении угнетателям.
Церковь яростно защищала старые, отжившие представления и боролась против новых,
научныхпредставленийоВселенной,которыеподрывалиустоирелигии.
Втечениемногихвековцерковьучила,чтоЗемля—неподвижныйцентрмира,—такде угодно было богу выделить обиталище созданных им людей. Эту сказку разрушали
передовыеучёные,которыедоказывали,чтонеСолнцевращаетсявокругЗемли,анаоборот,
ЗемлявращаетсявокругСолнца,чтоВселеннаябесконечнаисуществуетмножестводругих
миров, подобных солнечной системе. Такие взгляды не оставляли места богу и вере в
сверхъестественное.
Церковь жестоко мстила своим противникам, проклиная их как «еретиков». Их книги
запрещалисьисжигались.ЗазащитуученияКоперникаотом,чтоЗемлявращаетсявокруг
Солнца, был подвергнут пыткам великий итальянский учёный Галилео Галилей. 350 лет
назад был сожжён на костре Джордано Бруно, — за то, что он учил о существовании
множествамировибесконечностиВселенной.ЕщёвначалеXIXвекаегосочинениябыли
запрещены в ряде стран. Сильным нападкам церковников подвергался и великий русский
учёныйМ.В.Ломоносов,защищавшийучениеомножественностимиров.
На протяжении всей истории правильные научные воззрения пролагали себе дорогу в
жестокойборьбесотжившимиилженаучнымивоззрениями,споповщинойимракобесием.
Спобедойсоциализмаперестаётсуществоватьэтапомехаразвитиюнаучноймысли,а
правильное,научноеобразованиеделаетсядоступныммиллионамтрудящихся.
Какжеотвечаетсовременнаянауканавопрос:начёмдержитсяЗемляипочемуонане
падает вниз? Прежде чем ответить на этот вопрос, нам придётся повнимательнее
разобраться в некоторых привычных для нас понятиях, о которых мы совсем отвыкли
размышлять.
3.Чтозначитслово«вниз»?
Когдамынечаяннороняемизруккакую-нибудьстекляннуювещьиона,ударившисьоб
пол, разбивается, то мы только браним себя за неосторожность. Само падение этой вещи
нас,конечно,нискольконеудивляет.Мысмладенческихлетпривыкликтому,чтовсетела,
еслионилишеныподдержки,падаютвниз,наземлю.Почемужеонипадают?
Давайтеподумаемнадэтимвопросом.Всемызнаемизповседневногоопыта,чтодля
того чтобы вывести какое-нибудь тело из неподвижного состояния, к нему нужно
приложить силу. Если неподвижное тело не трогать, то оно будет продолжать оставаться
неподвижным до тех пор, пока какая-нибудь сила не выведет его из состояния покоя. Мы
знаем также, что если любой предмет на Земле лишить опоры, то он начнёт падать, т. е.
двигаться. Это может означать только то, что на всякое тело, находящееся на Земле,
действуеткакая-тосила,направленнаявниз.Покателолежитнакакой-нибудьопоре,ононе
падает,носила,тянущаяеговниз,всёвремяпродолжаетсуществовать.Онавэтовремялишь
заставляеттелодавитьнаопору.Положитенастолкакой-нибудьоченьтяжёлыйпредмет—
и вы заметите, с какой большой силой он давит на стол. Если ножки стола недостаточно
крепкие, то они могут под тяжестью груза подломиться, и тогда ваш предмет, получив
свободу движения, с грохотом упадёт на пол. Эту силу всякий очень хорошо знает. Она
называетсявесом.Каждыйможетлегкоиспытатьэтотвес,стоиттольковзятьврукилюбой
тяжёлый предмет. Таким образом, мы можем сказать, что вес тела — это сила, тянущая
телокЗемле.Ночтоэтозасила?Почемуонасуществует?
Правильный ответ на этот вопрос нашёл великий учёный Ньютон, открывший закон
всемирноготяготения.Онпервыйпонял,чтопричинавесателлежитвЗемле.Вестелесть
сила,исэтойсилойЗемляпритягиваетксебевсенаходящиесянанейтела.Итак,вестела
естьнечтоиное,каксилаземногопритяжения.
Всеземныетелападаютвниз.Ночтоозначаетэтостольпривычноеслово—«вниз»?
Разберёмсявнём.Напервыйвзглядкажется,чтоиспрашиватьтутнеочем.«Вниз»—это
значит прямо под ноги, так же, как «вверх» — значит прямо над головой. Это кажется
настолькояснымипростым,чтокакбудтонетребуетникакихдальнейшихпояснений.Если
жемызахотимпоточнееузнатьнаправлениевниз,тоиэтолегкосделать,достаточнолишь
наверёвочкеподвеситьнебольшойгруз,оннесколькосекундпокачаетсяиуспокоится.Наша
верёвочкабудеттогданаправленапоотвеснойлинии,итогеёконец,накоторомпривязан
груз,будетсовершенноточноопределятьнужноенамнаправление,т.е.«вниз».
Носпросимтеперьсебя:одинаковолинаправлениевниздлявсехлюдейнаЗемле,или
нет?Напервыйвзглядопять-такииздесьспрашиватьнеочем,таккакмыпривыкливидеть,
чтовсеотвесныелиниивсюду,какбудто,направленывточностиодинаково.Стоиттолько
вспомнить, например, отвесные стены городских зданий, телеграфные или трамвайные
столбы.Всеонинаправленыневкривьивкось,авсегдаотвесноипараллельнодругдругу.
Однако ошибочно думать, что, например, телеграфные столбы по всей Земле
направленыодинаково.Такбылобы,еслибыЗемлянашабылаплоской.Тогда,конечно,все
телеграфные столбы стояли бы параллельно друг другу. Но дело в том, что Земля наша не
плоская, а круглая, как шар. И потому на ней направление вниз означает на самом деле
направление к центру земного шара. А направления к центру шара из разных точек его
поверхности совершенно неодинаковы. Например, если взять двух антиподов, т. е. людей
находящихсянапротивоположныхсторонахземногошара:одного,скажем,где-нибудьунас
вСССР,адругого—вЮжнойАмерике,тонаправление«вниз»дляодногобудеттакимже,
какнаправление«вверх»длядругого,инаоборот(рис.4).
Рис.4.Древнийрисунок,изображающийЗемлюсантиподами.
Лет четыреста тому назад, когда шаровидная форма Земли ещё не была так хорошо
известна, как теперь, вопрос об антиподах приводился иногда в качестве доказательства
протившаровидностиЗемли.Тогдамногиедумали,чтонапротивоположнойсторонеЗемли
людинемоглибыжить,таккаконидолжныупастьсЗемли.
СейчасшаровидностьЗемлинеможетвызватьниукогоникакихсомнений.ЧтоЗемля
имеетформушара,следуетхотябыизтого,чтомысовершаемвокругЗемликругосветные
путешествия.Ясноедело,что,будьЗемляплоская,такиепутешествиябылибыневозможны.
В наше время почти вся земная поверхность тщательно измерена, изготовлены сотни и
тысячивсевозможныхгеографическихкарт;размерыиформаземнойповерхностиизвестны
теперьсоченьбольшойточностью.Теперьниктонеможетсомневатьсявтом,чтоантиподы
на Земле существуют. Мы, обитатели Европейской части СССР, являемся антиподами по
отношениюкжителямЮжнойАмерикиитемнеменееникудасЗемлинепадаем.
Ошибка противников шаровидности Земли теперь для нас ясна. Они просто не учли
того факта, что направление «вниз» в различных частях земного шара различное и всегда
означает направление к центру Земли (рис. 5). В обычной жизни мы этого не замечаем
толькопотому,чточеловеческийкругозорслишкоммалпосравнениюсразмерамиЗемли.
Радиус земного шара достигает почти шести с половиной тысяч километров, и для того
чтобы заметить разницу в направлениях отвесных линий, необходимо передвинуться по
Земле на несколько сот километров. А тогда мы из одного места не будем видеть другого.
Впрочем, учёные могут обнаружить эту разницу уже на расстоянии нескольких метров, но
толькоспомощьюособыхприборов.
Рис.5.Вразличныхчастяхземногошаранаправление«вниз»будетразличное.
Такимобразом,поотношениюковсейЗемлевцелом,никакогонаправления«вниз»не
существует. Тем самым становится ясным бессмысленность предположения, что вся наша
Земляможетупастькуда-то«вниз».Ведьнашеобыденноенаправление«вниз»есть,какмы
видели, направление к земному центру. Так что, если бы Земля падала «вниз», то это
означалобытолько,чтоонападаетпонаправлениюксвоемужесобственномуцентру.Аэто
ужеполнаянелепость.
Однакоизтого,чтоЗемлянашанеможетпадатькуда-то«вниз»,совсемещёнеследует,
чтоонаостаётсянеподвижной.Вследующейглавемыкакразузнаем,чтоЗемлянетолько
двигается, но даже падает. Только падает она не «вниз», а по направлению к Солнцу. И
падаеттак,чтоникогдананегонеупадёт.
4.Можнолипадатьтак,чтобыникогданеупасть?
Мы уже видели, что даже такие простые понятия, как весинаправлениевниз, если в
нихвдуматься,позволяютсделатьрядинтересныхвыводов.Теперьмыразберёмсявтом,что
означаетслово«падать».Казалосьбыиздесьвсёясноипросто.Мыпривыклиговорить,что
какое-нибудьтелопадает,когдаоноподвлияниемсилысобственнойтяжестилетитвниз,на
Землю.Имы,конечно,всегдауверенывтом,чторазтелоначалосвоёпадение,тооно,рано
илипоздно,обязательноупадётнаповерхностьЗемли.Вопростолькововремени.Еслитело
падает с небольшой высоты, то оно упадёт быстро, а если с большой, то оно будет падать
немногодольше.Вотивсё.
Но на самом деле и здесь всё происходит совсем не так просто, как кажется сначала,
когда мы, не продумав явление до конца, полагаемся только на наш маленький житейский
опыт.Житейскийопыт,которыйсплошьирядомнампомогаетвжизни,здесьоказывается
несостоятельным. Мы в этом убедимся, как только станем рассматривать явление падения
тел так, как это делает наука, т. е. со всей строгостью и не упуская из внимания никаких
«мелочей»,которыечастоприводятучёныхквеличайшимоткрытиям.
Изучением падения тел на Землю занимается наука о движении — механика. Наш
повседневный опыт часто отступает назад перед неоспоримыми доводами этой науки.
Примерэтомуидаётявлениепадениятел.
Что говорит нам житейский опыт? Он говорит, что всякое тело, если оно падает,
обязательноупадётвниз,наЗемлю.Авотмеханикаучит,чтопадающеетеломожетникогда
неупастьнаЗемлюидажепринекоторыхусловияхвовсеулететьпрочьотЗемли.
Для того чтобы разобраться как следует в явлении падения тел, нам нужно
познакомиться с двумя законами движения тел: с законом инерции и с законом сложения
движений.
С проявлением закона инерции нам приходится сталкиваться на каждом шагу. Когда
вагоновожатыйтрамваярезкотормозитвагон,всепассажирыиспытываютобычносильный
толчоквперёд.Ктоизнаснезнаетэтого?
Такойтолчокипроисходиткакразвследствиезаконаинерции.Покавагоновожатыйне
тормозит,мы,находясьввагоне,катимсявперёдснекоторойскоростью.Когдажеблагодаря
торможению вагон сразу останавливается, то тело каждого пассажира в первое мгновение
по закону инерции продолжает своё движение с прежней скоростью. В результате
пассажирынаклоняютсяилипадаютвперёд.Инаоборот,есливожатыйсразудаётбольшую
скорость, то пассажиры наклоняются или падают назад, так как они имели до включения
мотораменьшуюскоростьистремятсяпозаконуинерцииеёсохранить.
Законинерциителформулируетсятак:
«Если какое-нибудь тело движется по прямой линии с постоянной скоростью (т. е.
проходит в равные промежутки времени одинаковые расстояния), то оно будет сохранять
такоедвижениедотехпор,покакакая-нибудьсилаэтодвижениенеизменит».
Второйзакон—законсложениядвижений—применяетсявтехслучаях,когдакакоелиботелоучаствуетодновременновдвухразныхдвижениях.Возьмём,например,человекав
лодке, гребущего поперёк реки с быстрым течением. В этом случае лодка имеет два
различных движения. С одной стороны, сила гребца заставляет лодку двигаться поперёк
реки,асдругой,—течениеводывтожесамоевремяувлекаетеёвдольреки.Врезультате
лодка никогда не придёт на другой берег прямо против того места, откуда она отчалила,
течениемеёснесётвниз,ичемсильнееэтотечение,темдальшеснесётлодку.
Чтобылучшепонятьэто,посмотритенарисунок6.ЗдесьбукваАобозначаеттоместо,
откудаотчалилалодка.Еслибытечениярекинебыло,илодкаплылалишьблагодарясиле
гребца,тоонапристалабыкместу,обозначенномубуквойБ,находящемусянадругомберегу
прямопротивместаА.Новодаврекевсёвремятечётводнусторонуилодкуотноситвниз
по течению. Если бы гребец совсем не грёб, а пустил лодку плыть по течению, то лодка
приплыла бы к месту, обозначенному буквой Г. На самом деле лодка участвует
одновременно в обоих этих движениях и потому придёт не к месту Б и не к месту Г, а к
местуВ,котороенаходитсянаконцедиагоналиВАпрямоугольникаАБВГ(рис.6).
Рис.6.Приборсложениядвижений.
То что мы сказали о движении лодки, можно применить и к любому другому телу
(предмету).Этоиестьзаконсложениядвижений;формулируетсяонтак:
«Если какое-нибудь тело имеет одновременно два движения, направленных
перпендикулярно друг другу, то действительное его движение будет направлено по
диагоналипрямоугольника,образованногоэтимидвижениями».
Рассмотримтеперь,помняэтидвазаконадвижения,явлениепадениятел.
Допустим, что мы, стоя на балконе какого-нибудь здания, бросаем вниз камень. Если
мывыпустимэтоткаменьизрук,несообщивемуникакоготолчка,тоонупадётпрямовниз.
Отметимназемлеместоегопадения.
Если мы теперь повторим опыт, но на этот раз не просто выпустим камень из рук, а
бросим его вперёд, прочь от здания, то он упадёт уже не на прежнее место, а дальше от
здания.Ичемсбольшейсилоймыбросимэтоткамень,темдальшеотоснованиязданияон
упадёт.
Мыможемтакжевыстрелитьизвинтовки;ивэтомслучаепуля,подобнокамню,также
упадётнаЗемлю,ноупадётнарасстояниинесколькихкилометровотнас.
Причину всего этого нетрудно понять. Если бы Земля не притягивала камень, то по
законуинерциикаменьпослеполученногоимтолчкадолженбылбыпродолжатьлететьпо
тому же самому направлению и с той же самой скоростью, которые мы ему сообщили с
толчком. Но в действительности на камень действует ещё сила тяжести, всегда
направленная отвесно вниз. И если бы нашего толчка не было, то камень падал бы
вертикально, по закону земного тяготения. При толчке же камень получает одновременно
двадвижения:онлетитотнашеготолчкавперёд,—параллельноземнойповерхности,аот
действиясилытяжестилетитвниз.Врезультатепроисходитсложениеэтихдвухдвижений,
идействительноедвижениекамнябудетнаправленоподиагонали.Этосложениепоказано
на рисунке 7. Для простоты на рисунке взято расстояние, пролетаемое телом за одну
секунду времени; это расстояние в механике называется скоростью. Тогда у нас вместо
сложения движений получается сложение скоростей. Остальное ясно из чертежа и не
требуетдальнейшихпояснений.
Рис.7.Сложениедвиженийприпадениигоризонтальноброшенноготела.
Нетрудносообразить,чточембольшебудетгоризонтальнаяскорость(понаправлению
вперёд), тем более пологим будет действительное движение тела. Наоборот, чем больше
будетскоростьпадения,темдействительноедвижениетелабудетнаправленоболеекрутопо
отношениюкповерхностиЗемли.
Когдамыговорилиозаконесложениядвижений,мыпредполагали,чтоскоростиобоих
движений, в которых участвует тело, остаются постоянными в течение всего времени
движениятела.Вэтомслучаетраектория(такназываютлинию,покоторойдвижетсятело)
телабудетпрямолинейная,какэтоибылопоказанонарисунке9.Нопрактическимызнаем,
чтотраекториягоризонтальноброшенноготелавсегдапостепеннозагибаетсяистановится
всё круче и круче к поверхности Земли. Объясняется это тем, что когда тело падает, то
скорость его падения с течением времени увеличивается. Это делается особенно
ощутительным,когдападениетелапроисходитсбольшойвысотыипроходитзначительное
время, пока оно упадёт на Землю. В течение этого времени скорость горизонтального
полетателаизменитсяоченьнезначительно(толькоиз-засопротивлениявоздуха).Нозато
скоростьегопадениясильновозрастёт.Поэтомуесливначалетраекториятелаидётполóго,
товдальнейшемонабудетстановитьсявсёболееиболеекрутой.Рисунок8поясняетэто.В
месте А тело получило толчок и в то же время начало падать. Вначале скорость падения
была мала. Поэтому, пролетев в течение одной секунды в горизонтальном направлении
расстояние АБ, тело в вертикальном направлении пролетело сравнительно небольшое
расстояниеАВ.ВрезультатесложениядвиженийтелопришловместоГ.Нарисункевидно,
что тело двигалось в первый момент броска полого по отношению к поверхности Земли.
Посмотрим теперь движение этого же тела в конце его падения, также в течение одной
секунды. В этом случае горизонтальная скорость движения тела осталась почти без
изменения,нозатоскоростьегопадениясильновозросла.Благодаряэтомузаоднусекунду
тело успело пролететь вниз значительно большее расстояние А1В1. В результате сложения
движений можно видеть, что тело прилетит в место Г1. Рисунок 8 ясно показывает, что в
конце своего падения тело летит значительно более круто по отношению к поверхности
Земли,чемвначале.
Рис.8.Траекториягоризонтальноброшенноготелапридлительномегопадении.
Покажем теперь, что стóит только сообщить камню достаточно большую начальную
скорость,какон,хотяибудетвсёвремяпадать,никогданеупадётнаЗемлю!Нампридётся
приэтомучестьтакжетообстоятельство,чтоЗемля—шар,анеплоскость.
Пусть (рис. 9) буква А обозначает выбранное нами место на земной поверхности, а
букваО—земнойцентр.МыбросаемкаменьизместаБ,находящегосянанекоторойвысоте
надместомА.Еслимыпростоотпустимкаменьбезвсякоготолчка,тоонупадётвниз—в
местоА. Но если мы, бросая камень, толкнём его, то он упадёт уже в другое место — А1,
лежащеевсторонеотместаА.Чемсильнеемыбудемтолкатькамень,темдальшеонбудет
падать.МестаА2,А3иА4обозначаютместападениякамняприразличных(посиле)толчках
камня. При этом мы замечаем, что все траектории падения камня — не прямые линии, а
кривые;сначалаониидутполóго,азатем,помереприближениякЗемле,всёкручеикруче.
Происходит это, как мы уже знаем, потому, что скорость падения камня в полёте
постепенновозрастаетподдействиемсилытяжести.
Рис.9.Падениекамняприразныхначальныхскоростях.
Теперь уже нетрудно сообразить, гладя на рисунок 9, что при достаточно большой
начальной скорости камня его траектория должна превратиться в окружность, и тогда
произойдёт то, о чём говорит заголовок этой главы. Камень будет падать и вместе с тем
оставатьсявсёвремянаодномитомжерасстоянииотземнойповерхности.
Величину начальной скорости, которая превращает траекторию брошенного камня в
окружность, можно вычислить, пользуясь законами механики. Она оказывается равной
примерно восьми километрам в секунду. Эту скорость обычно называют круговой
скоростью.
Если начальная скорость тела меньше круговой, то тело рано или поздно упадёт на
Землю. Если она равняется круговой скорости, то тело будет двигаться по окружности
вокруг Земли. При скорости от восьми до одиннадцати километров в секунду тело будет
двигаться по замкнутой кривой, напоминающей вытянутый круг и называемой эллипсом
(рис.10).Ноеслигоризонтальнаяскоростьброшенноготеласделаетсябольшеодиннадцати
километроввсекунду,тоэтотелоулетитсовсемотЗемли(рис.11).
Рис.10.Замкнутаякривая—эллипс.
Рис. 11. Воображаемая стрельба из пушки, установленной на горе, снарядами,
летящими с огромной скоростью. При скорости восемь километров в секунду снаряд не
падает на Землю, двигаясь по круговому пути. При скорости одиннадцать километров в
секундуснарядулетаетпрочьотЗемли.
Этот факт не раз был использован в художественной литературе для изображения
полётовнаЛунуинадругиепланеты.Так,вфантастическомроманеписателяЖюляВерна
«ИзпушкинаЛуну»описываетсяполётнесколькихчеловекнаЛунувпушечномядреХотя
многоеизтого,чтонаписановэтойкниге,представляетлишьсмелуювыдумкуавтора,сама
возможностьоторватьсяотЗемлииулететьнадругиепланетыневыдумана,аоснованана
правильномрасчёте.
Нужно,однако,заметить,чтотакуюскорость,каквосемь—одиннадцатькилометровв
секунду очень трудно получить при современных технических средствах. Самые лучшие
артиллерийские дальнобойные орудия дают начальную скорость не больше чем два
километравсекунду,т.е.вчетыреразаменьше,чемкруговаяскорость.Ктомуже,притаких
больших скоростях необходимо учитывать и сопротивление воздуха, которое в этом случае
сильно возрастает. Уже при тех скоростях, которые имеют современные самолёты,
приходитсяприниматьвсемеры,чтобыповозможностиуменьшитьсопротивлениевоздуха;
частямсамолётовпридаюттакназываемую«обтекаемую»форму—гладкую,безмалейших
выступов.Аведькруговаяскоростьразвпятьдесятбольшескоростибоевогосамолёта.Вот
почемудосихпорещёнеудалосьпостроитьпушку,котораямоглабывыстрелитьснарядна
Луну.
Кстати здесь же заметим, что для нашей темы вопрос о сопротивлении воздуха не
представляетзначительногоинтереса,таккакнасинтересуютдвиженияЛуныиЗемли,т.е.
небесныхтел,которыедвигаютсяневвоздухе,авмежпланетномпространстве,гдевоздуха
нети,следовательно,нетникакогосопротивлениядвижению,ногдедействуюттежесамые
законымеханики,чтоинаЗемле.
5.Луна,какпушечноеядро
Когдамызаговорилиоботкрытиизаконавсемирноготяготения,мырассказалитолько
часть дела. Мы указали лишь на то, что Ньютон понял, в чём причина падения тел: она
заключается в Земле, которая своим притяжением заставляет тела падать вниз. Мы
установилитакже,чтопадение тела ещё неозначает, что тело непременно должно упасть;
приизвестныхусловияхтеломожетбытьброшенотак,чтобудетудалятьсяотЗемли.
Но Ньютон на этом не остановился. Изучая падение тел, он сделал вывод, что с
удалением от Земли величина круговой скорости должна уменьшаться. Если расстояние
увеличиваетсявчетырераза,токруговаяскоростьуменьшаетсявдвараза,еслирасстояниев
девятьразбольше,токруговаяскоростьбудетвтриразаменьшеитакдалее(рис.12).Таким
образом, для того чтобы узнать, во сколько раз уменьшится круговая скорость на данном
расстоянии, нужно найти то число, которое, будучи умножено само на себя, даёт это
расстояние. Кроме того,исследуядвижениепланет вокруг Солнца, Ньютон пришёл к ряду
новыхвыводов.Одинизнихсостоитвтом,чтопланетыдвижутсяподвлияниемпритяжения
Солнца,ичтосилапритяженияСолнцауменьшаетсяпропорциональноквадратурасстояния
отнего.Инымисловами,есликакая-нибудьпланетанаходитсявдваразадальшеотСолнца,
чемдругая,тосолнечноепритяжение,действующеенанеё,будетвчетырераза(2х2=4)
слабее, чем на первую. Если она в три раза дальше, то притяжение, действующее на неё,
будетвдевятьраз(3х3=9)слабееитакдалее.
Рис.12.СудалениемотЗемликруговаяскоростьуменьшается.
Придя к этому выводу и зная уже, что падение тел на Землю происходит также под
влияниемеёпритяжения,Ньютонзадалсебетакойвопрос:анедействуетлиинаЛунута
жесамаясилатяжести,котораязаставляетпадатьнаЗемлютела,т.е.неявляетсялисила
тяжеститемжесамым,чтоисилапритяжениямеждунебеснымителами?
Луна является спутником Земли. Она движется вокруг Земли подобно тому, как сама
Земля и другие планеты движутся вокруг Солнца. Так как путь или, как говорят, орбита,
описываемая Луной вокруг Земли, лишь очень мало отличается от окружности, то вопрос,
недействуетлитажесилатяжести,котораязаставляетпадатьнаЗемлютела,равносилен
вопросу: а не движется ли Луна вокруг Земли совершенно так же, как стал бы двигаться
вокругнеёпушечныйснаряд,выпущенныйизорудияскруговойскоростью?
Небольшойрасчёт,которыйНьютонпроделал,убедительнопоказал,чтоэтоименнотак
и есть. Вот как он примерно рассуждал: Луна находится от Земли на расстоянии
шестидесяти земных радиусов. Значит, если около самой Земли круговая скорость, как мы
знаем,равняетсявосьмикилометрамвсекунду,тонарасстояниившестьдесятразбольшем
она будет примерно в восемь раз меньше (точнее в 7,8 раза). Таким образом круговая
скоростьЛуныдолжнаравнятьсяприблизительноодномукилометрувсекунду.
Нетрудно проверить другим расчётом, такова ли действительная скорость движения
Луны вокруг Земли. Вот этот расчёт: окружность земного шара составляет сорок тысяч
километров. Но радиус окружности, по которой движется Луна, в шестьдесят раз больше
земного радиуса. Следовательно, и длина этой окружности будет в шестьдесят раз больше
окружностиземногошара,т.е.будетсоставлятьдвамиллионачетырестатысячкилометров.
С другой стороны, из астрономических наблюдений известно, что полный оборот
вокругЗемлиЛунаделаетза27 1/3суток.Разделиводночислонадругое,мыполучим,чтов
суткиЛунапролетает87820километров,атаккаквсуткахсодержится86400секунд,тои
выходит, что в одну секунду Луна пролетает приблизительно один километр, что как раз
равняетсявысчитаннойНьютономкруговойскорости.
Таким образом, Луна летит как раз с той самой скоростью, с которой следовало бы
пуститьпушечныйснаряд,чтобыон,находясьнатакомжерасстоянииотЗемли,какиЛуна,
никогданеупалнаЗемлю.
Этобылооченьважнееоткрытие,таккаконодоказало,чтосилаземногопритяжения
есть проявление более всеобщего закона всемирного притяжения, которому подчиняются
всенебесныетела.
Выходит, что мы были правы, сравнив Луну с пушечным снарядом. Она летит совсем
так,каклетелбытакойснаряд,еслибымысумелиимвыстрелить,поднявшисьнадЗемлёй
навысоту60земныхрадиусов.
6.НачёмжедержитсяЗемля?
Теперьмыподошликконцунашихрассужденийиможемответитьвполнеясноиточно
напоставленныйнамиссамогоначалавопрос:начёмже,всё-таки,держитсянашаЗемля?
Пример с движением Луны нам показал, что Луна ни на чём не держится. Если вы
спросите:«падаетлиЛунанаЗемлю?»,томыдолжныответить:«да,падает,какпадалобы
любоедругоетело—камень,пушечныйснарядиличто-нибудьдругое,ипадаетпотому,что
еётянеткЗемлесилаземногопритяжения».НотогдапочемужеЛунанеупаладосихпор
наЗемлю?Апотому,что,падая,Лунавместестемвсёвремяостаётсянаодномитомже
расстоянии от Земли. Происходит это оттого, что Луна не падает прямо вниз, а огибает
Землюпоокружности.
ТожесамоеможносказатьипронашуЗемлю.ПозаконувсемирноготяготенияСолнце
притягиваетЗемлю.Ипоэтомумывправесказать,чтоЗемляпадаетнаСолнце.Нопочему
жеЗемлядонастоящеговременинетольконеупаланаСолнце,нои(какпоказываютсамые
точные измерения) совсем не приближается к нему? Да потому, что она движется с той
самой круговой скоростью, которая как бы обезвреживает солнечное притяжение и
заставляет Землю обращаться вокруг Солнца по окружности так же, как движется Луна
вокругЗемли.
Несложныйрасчёт,оченьпохожийнатот,которыймыпроделалидляЛуны,показывает,
чтоделоиздесьобстоитименнотак.
Солнце гораздо больше Земли. Поэтому и притяжение его больше. Если на земной
поверхности круговая скорость составляет около восьми километров в секунду, то на
поверхности Солнца она почти в 55 раз больше и составляет 435 километров в секунду! С
такой скоростью нужно было бы выпустить с Солнца пушечный снаряд, чтобы он обогнул
егопоокружности.
ЗемлянаходитсяотСолнцанарасстояниидвухсотпятнадцатисолнечныхрадиусов.Но
ведь 215 равняется 14,7 х 14,7. Поэтому круговая скорость для Земли должна быть в 14,7
разаменьше,чемнаповерхностиСолнца,т.е.равняться29,8километравсекунду.Именнос
такой скоростью Земля и летит вокруг Солнца, благодаря чему она не может ни
приблизитьсякСолнцу,ни,темболее,упастьнанего.
НоиулететьсовсемпрочьотСолнцаЗемлятоженеможет,таккакдляэтогоскорость
еёдвижениядолжнабытьпочтивполтораразабольше,т.е.равняться,покрайнеймере,42
километрамвсекунду.
Итак,мывидим,чтонавопрос:«НачёмЗемлядержится?»мыдолжныответить:«Ни
начём!»иможемлишьдобавить,чтонашаЗемлявсёвремяудерживаетсянаодномитомже
расстоянии от Солнца благодаря своему быстрому движению вокруг него. Это и будет
вполнеграмотное,научноеобъяснениевопроса«начёмдержитсянашаЗемля».
А то, что для поддержания кругового движения нужно применять силу, очень легко
доказать с помощью простого всем известного опыта. Для этого достаточно привязать
верёвку к небольшому камню и, держа один конец её в руке, начать крутить камень в
воздухе;мытотчасжепочувствуем,чтокаменьтянетзаверёвкуипритомтемсильнее,чемс
большей скоростью мы его крутим. Для того чтобы камень не улетел прочь, мы должны
удерживать его с заметной силой. Значит, то усилие, которое мы чувствуем при вращении
камня, нужно для того, чтобы свернуть камень с прямолинейного пути. Выходит, что сила
нашейрукивданномслучаезаменяетсилупритяжения.Стоиттолькоуничтожитьэтусилу
(порвётсяверёвка),каккаменьулетитпопрямойвсторону.
Если бы исчезла сила притяжения у Земли и Луны, то и они, подобно оторвавшемуся
камню,полетелибыпрямолинейноиулетелибыпрочь:ЛунаотЗемли,аЗемляотСолнца.
Носилапритяжениянепозволяетимэтогосделать.Онасворачиваетихспрямолинейного
пути и заставляет двигаться по окружности. Но только на это и хватает силы притяжения.
Она не может заставить упасть Луну на Землю, а Землю на Солнце, так как оба эти
небесныетелаобладаютслишкомбольшойскоростью.
В заключение скажем, что и все другие планеты нашей солнечной системы также
двигаютсяпоорбитамвокругСолнца,такжестараютсяупастьнаСолнцеитакженикогдане
упадутнанего.
Заключение
Читателинепосетуютнанасзато,чтомыначалинашубеседусопроверженийстарых
идавным-давнозабытыхсказококитахислонах,будтобыподдерживающихЗемлю.
Начав с этих сказок, мы смогли постепенно проникнуть в сущность многих, казалось
бы,совсемпростыхипривычныхпонятий.Ивотоказалось,чтовцеломрядеслучаевнам
ещё немало есть над чем подумать. Мы узнали, что иногда совсем старые понятия
приобретают совершенно новый смысл, наполняются новым содержанием, если их
подвергнутьтщательномуисследованию.
И если вам не наскучило наше с вами небольшое мысленное путешествие в глубь
привычныхпонятий,есливамхочетсятеперьузнатьпобольшеоЗемле,оСолнцеиозаконах
ихдвижений,тоцельнаша—заинтересоватьчитателя,пробудитьвнёмлюбовькзнанию—
достигнута. А для человека, желающего приобрести знания, в нашей стране, как нигде в
мире,предоставленывсевозможностиучиться.
Содержание
1.Земля—прочнаяопора…3
2.«Землянатрёхкитах»…5
3.Чтозначитслово«вниз»?…10
4.Можнолипадатьтак,чтобыникогданеупасть?…14
5.Луна,какпушечноеядро…24
6.НачёмжедержитсяЗемля?…27
Заключение…31